小ネタ＆突貫製作物。

ニコニコ動画で良くあるコメントをして『うすいＧ８』というネタがおもしろかったので旬なうちに工作をして動画を作ってみた。
その回路図とファームウェアを置いておく。

マイコンはストロベリーリナックスで買える CY8C24794 の USB-PSoC1 モジュール。
ファームは昔作った「ファミリーBASICALLYキーボードコンバーター」をベースに書き直した物。
最近は PWM と圧電ブザーでビープを鳴らすのが俺ブームなので音もつけてみた。

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超小ネタ。

野暮用でジャイロセンサーでの角速度計測を超お手軽にさくっとやりたい要求があった場合どうするか。 やっぱり Wiiリモコンを PC の Bluetooth で読むのが一番お安くて簡単だよなあというのが落ち着くところだと思う。
秋月電子通商やストロベリーリナックスでもジャイロセンサーやブレークボードが安価で買えるようになってきたけれども、最終的にPC上でデータを利用したい場合はWiiリモコンのほうがずっと楽だ。使えればのお話だけれども。

Wiiのジャイロセンサーは後発で「Wii Motion Plus」というアダプタで発売された。
これの解析記事や、PCから利用するサンプルコードなどは既にある。(参照: kako さんのところ、WiiBrew)
kako さんのところには wii-motionplus-reader-v02.zip というジャイロを読むサンプルコードと HID を Open する DLL ライブラリがあるのでこれを利用させてもらうのが有効。

現在のところ Wii Motion Plus は生産終了品となっており、リモコンとジャイロユニットが一緒になった「Wiiリモコンプラス」という型になっており一層お安くなっている。
んが、wii-motionplus-reader-v02.zip では Wiiリモコンプラスのジャイロが読めなかった。この事については kako さんのところでも触れられている。

Wiiリモコンプラスのジャイロを読みだしている人もいるようなのだが、今ひとつ情報が足りなくて正解にたどり着くのに苦労したので書き留めておこうというのがこの記事の目的。
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第二回『データの種類とアプリケーション』

■ 沢山の過程と中間ファイル
CNCフライスでのプリント基板作成をするためには、プリント基板の設計データが必要になります。
そのプリント基板設計データはデジタルデータですのでPC上のアプリで作成するのですが、実際に工作機械で製作をするためにいくつものアプリケーションと中間のデータが必要となってきます。
途中途中のデータの形式とそれが必要な理由を理解することで、作業フローを把握しましょう。

■ 製作フロー

上のフロー図は私がプリント基板作成のために行う作業とそこで使うアプリケーション名です。
直接プリント基板設計から入り回路図を作成しないということも可能なのですが、より正確な設計を行うため、またドキュメントを残すためできるだけ回路図設計から入るのが良いと思います。
おおざっぱではありますが、この手順で作業をしていることを理解してください。

■ アプリケーションとデータフロー

作業ではなく、アプリケーションと中間生成データを軸とした図に書き直したものがこちらです。
使用するアプリケーションは大きく分けて3種類で、CAD/CAM/CNC と呼ばれています。
CAD は設計部分です。回路図の設計とプリント基板のパターン設計を行います。最近は回路図設計とパターン設計がセットになって一つの CAD アプリとなっているのが主流となってきています。
BSch3V や K2CAD/D2CAD はその二つが分かれている形ですね。
CADによって最終的に生成するのはプリント基板のパターン形状を表したガーバーデータと呼ばれる形式です。それとドリル穴を開ける位置を示したドリルコードも含まれますが、纏めてガーバーと呼ぶことがあります。
プリント基板の製作会社に製造を依頼する場合は、このガーバーデータを納品して作って貰います。プリント基板の設計書といったところですね。
私は K2CAD で設計する際に、BSch3V で設計したネットリストを利用します。これはパターン設計の時にまた説明します。

ガーバーデータがパターンの設計書になるわけですが、どのように機械を動かせばその設計書通りの物が製造できるかを計算するのが CAM アプリになります。拙作の Gynostemma がこれにあたります。
プリント基板製造では、CNCフライスでどのように刃を動かせばパターンが掘れるかといった切削パスを計算する作業を行います。
プリント基板の設計書であるガーバーデータを読み込んで、機械の動きを指示する G-Code を生成するといった作業を行います。立体加工とかでは、立体モデルデータを読み込んで掘り出すための切削パスを生成するといった働きをします。
個人やフリーで利用できる CAM アプリがあまりなく、プリント基板製作用には cam.py がありましたが入力データ形式に制限があったりと色々問題がありました。
最近は Gynostemma だけでなく、有償の OriminPCB や WINSTAR PCB など個人でも購入できるプリント基板製作 CAM が出てきたため幾分やりやすくなっているのではないかと思います。

切削パターンの G-Code が作成できたら CNC アプリで工作機械を制御して実際にプリント基板の作成を行います。CNC アプリに G-Code を読み込ませることで加工をしますので、G-Code次第でいろんなものが作れるというのが一般的な様です。
なお、WINSTAR PCB は CAM+CNC という位置づけのようです。

最終的に必要なのが G-Code や CNC 駆動ですので、CADでの設計から直接それが生成できるのであればそれで十分ですしそういったツールもあるようです。

第一回 『プリント基板をつくるには』

前知識。

最近の電子工作は半田付けの要らないブレッドボードのおかげでずいぶんとお手軽になりました。そのおかげでマイコンを中心に電子工作人口も広がったように感じます。
ですが、ハンダごてを握ってプリント基板に部品を半田付けしていく形式の電子工作も捨てがたいものがありますよね。プリント基板を使うと製作物が固定されたものになりますので、ケースに組み込む等作品として完成させる楽しみに繋がっていきます。
個人製作の一点ものである場合はユニバーサル基板を使うのが手軽で一般的ですが、配線が面倒という問題があります。
そこで自作のプリント基板が次のステップとして現れてきます。
プリント基板を自作することにより

• 配線の手間を省略することができる
• 適当なサイズに纏めることができる
• 面実装部品を使う事ができる

といったメリットを享受することができます。
特に面実装部品は重要です。最近のマイコンやデジタル部品はフラットパッケージのものが多くなってきました。ちょっと気の利いた工作をしようとしたら面実装部品を避けて通ることができません。
そういった特殊な部品を使いこなして工作の幅を広げるためにも自作プリント基板にチャレンジしてみませんか。

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切削用の素材としてモデリングワックスを購入した。
モデリングワックスは造形用のちょっと堅めな蝋。ナイフでざくざく削ったり、あぶって溶かして盛りつけたりすることができる。削ったあとで、溶かして固めれば再利用できるというのが模型工作的なメリット。
CNCフライスを導入する前はモデリングワックス使ってみたいと思い続けていたのだけれども、導入した後はなんとなく忘れていた。またこうして使ってみたい欲が高まったので購入。
思ったよりでかかった、これが２塊。

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主にプリント基板製作のためにCNCフライスを導入しておおよそ1年半ほど。1年半という時間はかかったけれども、まあ大体思った通りのプリント基板を作れるようになった次第。
自分の中ではやはり 0.5mm ピッチの作成がピークでこれができてしまえば技術的なものはそこで終わりで、あとは作りたいマイコン基板を奔放に作りまくるだけとなる。

先達のメモは WEB のあちこちにあるもののやはり情報不足なところが否めず、結局ほとんど手探りでここまで来たようなもの。
じゃあ今なら十分な情報があるのかといったら、やっぱりまだまだ不十分。自分がこの Blog にメモしてきた内容も断片的で情報としてはいまひとつなところ。

なので、CADで回路図を書くところから、CNCフライスでプリント基板を彫り、できたモノにフラックスを塗るまで一通りの手順を書き起こそうかと思っている。

なので数回そういった連載が続くかもしれないよというご連絡。

～～～
CNCフライスでやりたい事はプリント基板作成が第一なのだけれども、第二にキャラクターフィギュア作成というのもひっそり持っていたりする。
完パケが一発で掘り出せるわけは無いので仕上げ前の粗彫りレベルになるのはわかっているけれども、それでも 3DCG で自在にモデリングしてそれを出力するというのに憧れ続けている。

CupcakeCNC による3Dプリンター出力の方では、フィギュアっぽい設計と分割ができるようになってきてそれなりの成果があがっている。

けれども CNCフライスで削りだし造形のほうはちーっともで、フライスを導入したてのときに軽くケミカルウッドを削って「こりゃ難しい」と思っただけ。
なのでこの辺を次は攻めてみたいな、と。

私が使っているCNCフライスはオリジナルマインドさんとこの mini-CNC BLACKII 1510 なのだけれども、このたびモデルチェンジした KitMill シリーズが発売となり全種出そろったようだ。
従来モデル最大の問題点であった「パラレルポート必須＋Mach3を買え」もしくは「追加でUSBCNCを購入してなんとかせよ」という部分が、USBCNC 準拠のインタフェースと CNC が標準となり、USB接続で利用できるようになったあたりが超改善点である。うらやましいなあこんちくしょうめい。
しかしま、既に BlackII で一通り揃えてしまい動いているとすぐに乗り換える動機は無いので私はのんびり様子見。これから購入しようという人にとってはトータルでお安くなったと思う。

個人用 CNCフライスもじわじわと盛り上がっており(?)、PCBミリングさんでは iModela 用 3.175mm スピンドルシャフトを発売している。iModela はツール径が 2.34mm と一般的なリューターのそれで、基板加工用の刃を始めとした強力な刃が使えないという問題があったのだけれども、このスピンドルシャフトを使えばそれが解決するといったお話。
iModela はちょっと非力で音もけたたましいのだけれども、なんといってもお値段が安いので目を付けている人も多いのではないかな。

さて、オリジナルマインドさんの KitMill シリーズに話題を戻すと、今回は「基板加工専門機」である KitMill CIP100 がラインナップされているのが目を引くところかと。
「CNCフライスでプリント基板作成ができますよー」と私がアピールしつづけてきたように、このジャンルは結構な潜在需要があるはず。狙いどころとしては悪くないですよ。
CIP100 最大の売りとしては、オリジナルマインドさんオリジナルの(ややこし)ガーバー変換アプリが添付されていること。これまでなにげに、このパス変換アプリがネックで CNCプリント基板加工が難しかったという側面があったりします。私もアプリを自作するにいたったわけだし。
そのオリジナルソフト ORIMIN PCB が開発中だったころから「みなさんの基板データをおよせください」とあったので、私もひとつ送りつけておいた次第。それが「ATMEGA328P AVR V-USB 実験基板」という奴。ここの過去の記事でいうと「AVR V-USB Eval1 その2」の奴。
秋月で 250円のフラットパッケージ版 ATMEGA328P が自作基板で使い放題ですよ、という作例。QFP もさることながら、USB B コネクタの穴が綺麗に開けられるトコロもおいしいよね。
そういう丁度良い感じの作例であると同時に K2CAD の出力ガーバーでもあることから「K2CADにも対応してくれますよね？」という圧力をオリジナルマインドさんにかけてみたという。案の定、最初は無理だったようだけれども、なんとか対応して頂けた次第。

ぱっと見たところ ORIMIN PCB は CIP100 添付専用で別売は無いのかな。
お値段も安いし立体加工も入門したいから BT100 にしようといった場合の別売ルートもあるといいのに。
まあ、そういう場合には拙作の gynostemma をどうぞ、と言っておくことにしよう。

[追記]
PCBミリングさんのところで iModela を使って 0.5mm ピッチを掘るのに挑戦されています。その作例として拙作のデータを使ってもらいました。＞iModelaで基板を作ろう
iModela なかなか侮れないです。

前回に引き続き、ヒューマンデータの PLCC68 PLD シリーズと PSoC3 を載せた汎用プロトタイプボードの作成。主に俺用。
これで大体完成。

使えるピンは多くないけど、中央のブレッドボードでちょこっとテストしたりすることができるお気軽ボード。

ちょこちょこと修正したり、改良したりして 3代目。
使っていると「あ、こここうした方が良いかも」というところがあったり、微妙な問題があったりで作り直しを繰り返していた。
とくに PLCCソケットの向きを痛快に間違えていたというのは痛かった。

主な修正箇所は以下

• 若干立て幅が足りなくてブレッドボードが収まらなかった
• 電源ラインにパイロットLEDを追加
• ブレッドボード脇のIOソケットに +3.3V と GND を引き出し
• PSoC3 に RTC 用の 32.768kHz 水晶を追加

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AVR一本で音声合成出力をしてくれるLSIモジュール、AquesTalk picoを入手したので軽く発声テスト。
PSoC3 + I2C ボタン + I2C LCD と我が家のプロトタイプシリーズを使って、凄くありきたりな「現在時刻を読み上げる時計」をでっちあげてみた。

詳細は後で書く、つもり。

上の動画が見えない方は Youtube でどぞー。(→Youtube上の同じ動画)

以前から書いている様に、私は基板設計 CAD に K2CAD を使用しているのですが、マイナーな部類に入るため部品パーツライブラリがほとんど公開されておらず自分で作成する必要があります。
まあ、そのパーツ作成も楽しくて毎度ちびちび作りながらやってきたのですが、それなりに使い回しで作業できるくらいになってきたので適当に公開することにします。

最近は CNCフライスで基板を作っている関係上ほとんど面実装パーツなのですが、まあそれでも皆様の用途にフィットしたら使ってやってください。

ファイルは K2CAD の kcd(図面)ファイルになっています。
パーツはライブラリ化してありますので、使いたいパーツを選択してマウス右クリックのコンテキストメニューから「部品ファイルに部品を登録」で、ご自分の部品ライブラリに追加してください。これでパーツとして利用できる様になります。

Download: k2cad_parts_komekame1.zip